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Dokumentenidentifikation DE4226200C1 06.05.1993
Titel Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken in IC's
Anmelder Siemens AG, 8000 München, DE
Erfinder Lauterbach, Christl, 8011 Höhenkirchen-Siegertsbrunn, DE
DE-Anmeldedatum 07.08.1992
DE-Aktenzeichen 4226200
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.05.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.05.1993
IPC-Hauptklasse H01L 21/90
IPC-Nebenklasse H01L 23/522   
Zusammenfassung Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken zum kurzschlußfreien Kreuzen von Leiterbahnen in integrierten Schaltkreisen, bei dem eine zu überbrückende Leiterbahn (2) mit einer Fotolackschicht (3) abgedeckt wird, dann mittels Abhebetechnik eine Luftbrücke (5) auf dieser Fotolackschicht (3) hergestellt wird und schließlich die Fotolackschicht (3) entfernt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken zum kurzschlußfreien Kreuzen von Leiterbahnen in integrierten Schaltkreisen.

Das elektrische Verbinden von zwei Leiterbahnen auf einem Halbleiterbauelement über eine Struktur hinweg, die nicht angeschlossen werden soll, kann entweder durch Isolation beider Metallagen mit einer Oxid- oder Nitridschicht erfolgen oder im Fall von Bauelementen für Hochfrequenzanwendungen durch die kapazitätsärmeren Luftbrücken (Airbridges) realisiert werden. Ein Beispiel für die Isolation beider Metallagen durch eine dazwischen angeordnete Schicht aus Dielektrikum ist in der EP-A-04 00 173 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die untere Leiterbahn in einem in das Halbleitermaterial geätzten Graben versenkt. Darüber wird eine Schicht aus Dielektrikum aufgebracht. Auf diese Dielektrikumschicht wird mittels strukturierten Fotolacks in Abhebetechnik eine obere Leiterbahn strukturiert.

Luftbrücken werden nach dem Stand der Technik z. B. galvanisch gewachsen. Folgende Technologieschritte sind dazu nötig: Zunächst erfolgt eine erste Beschichtung mit Fotolack, in dem mit lokalem Belichten und Entwickeln Kontaktlöcher für den Anschluß der zu verbindenden Leiterbahnen hergestellt werden. Eine ganzflächige Metallisierung wird zum Schutz der Fotolackschicht und als Unterlage für die Galvanik aufgebracht. Danach wird eine weitere Fotolackschicht aufgebracht, in der die Struktur der herzustellenden Luftbrücken belichtet wird. Die Luftbrücken werden galvanisch aufgewachsen und der Fotolack der zweiten Fotolackschicht entfernt, die ganzflächige Metallisierung abgeätzt und schließlich auch die erste Fotolackschicht entfernt. Ein entsprechendes Beispiel für dieses Verfahren findet sich in der DE-PS 38 12 494. Bei dem dort beschriebenen Verfahren entfällt allerdings die erste Fotolackschicht, statt dessen wird die ganzflächige Metallisierung aus Kupfer entsprechend dicker aufgebracht.

In der US-46 70 297 wird ein Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken beschrieben, bei dem die zu überbrückenden Leiterbahnen mit Fotolack AZ-1375 von Shipley bedeckt werden. Es wird dann eine weitere Maskenschicht aufgebracht und derart strukturiert, daß der für die Luftbrücke vorgesehene Bereich freigelegt ist. Diese weitere Maskenschicht besteht aus einer unteren Schicht aus Polymethylmethacrylat und einer oberen Fotolackschicht aus AZ-1350 B von Shipley. Die obere Fotolackschicht wird mit Chlorbenzol behandelt, so daß die Kanten der Maske schräge Flanken und einen Überhang haben. Das Metall für die Luftbrücken, z. B. Titan und Gold, wird aufgebracht und die auf der Maske befindlichen Anteile in Abhebetechnik entfernt. Der Fotolack zwischen dieser Metallschicht und den zu überbrückenden Leiterbahnen wird ebenfalls entfernt.

Ein Verfahren zur Herstellung relativ dicker strukturierter Metallkontakte auf Halbleitermaterial ist in dem Lehrbuch von S. K. Ghandhi: "VLSI Fabrication Principles", Wiley 1983, Seiten 548 bis 550 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine dicke Fotolackschicht aufgebracht und nach dem Ausheizen mit Chlorbenzol getränkt. Damit ist es möglich, relativ dicke Lackschichten zu strukturieren, so daß an den Kanten der strukturierten Lackschicht überhängende Kanten verbleiben. Wegen dieser speziell geformten Kanten kann anschließend eine Metallschicht relativ dick ganz flächig aufgebracht und können die auf den Anteilen der Fotolackschicht vorhandenen Anteile dieser Metallschicht abgehoben werden.

Ein verbessertes Verfahren ist in der Patentanmeldung DE-OS 37 15 431 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Fotolackschicht auf die Halbleiterscheibe aufgetropft und zur Vermeidung von Lackwulsten an den Scheibenrändern bei 10 000 Umdrehungen/Minute abgeschleudert und bei 95°C etwa 25 Minuten lang ausgeheizt. Um die Lichtempfindlichkeit der Fotolackschicht im oberen Teil zu verändern, wird die Fotolackschicht mit Chlorbenzol behandelt. Nach 90 Sekunden dauernder Einwirkung des Chlorbenzols wird die Halbleiterscheibe etwa weitere 30 Minuten bei 95°C ausgeheizt. Zur Strukturierung des Fotolackes wird die Fotolackschicht belichtet. Nach dem Belichten wird der Fotolack in konzentriertem Entwickler 20 bis 25 Sekunden lang entwickelt und danach bei 120°C 30 bis 45 Minuten lang ausgehärtet. Die strukturierte Fotolackschicht weist an den Kanten, verursacht durch die Behandlung mit Chlorbenzol, einen Lackwulst und eine steile Flanke auf.

Anschließend wird eine Metallschicht, die einen Schichtanteil aus Gold enthält, ganzflächig aufgebracht. In die Metallschicht überträgt sich die steile Flanke der Fotolackschicht. Über der freigelegten Oberfläche der Halbleiterscheibe kann die Dicke dieser Metallschicht bis zu etwa 3 µm betragen. Oberhalb des Lackwulstes ist die Metallschicht sehr dünn. Hier ist das Metall leicht wegzuätzen, wobei z. B. eine in Bewegung gehaltene Goldätzlösung verwendet wird. Diese Behandlung dauert je nach Dicke der Metallschicht etwa 20 bis 30 Sekunden. Durch den Ätzvorgang entsteht ein Kanal zwischen dem auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Anteil der Metallschicht und der Fotolackschicht. Die Fotolackschicht kann daher in üblicher Weise entfernt und die darauf befindlichen Anteile der Metallschicht abgehoben werden. Mit dieser Technik können strukturierte Metallschichten in einer Dicke bis 3 Um realisiert werden. Die erzeugten Strukturen haben geradlinige, scharfe Kanten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfach ausführbares Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken auf Halbleiterbauelementen anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch.

Es folgt eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 1 bis 6, von denen die Fig. 1 bis 5 einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement nach verschiedenen Verfahrensschritten und die Figur b eine damit hergestellte Luftbrücke in Aufsicht darstellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Luftbrücke in Abhebetechnik hergestellt. Fig. 6 zeigt ein Halbleiterbauelement 1 mit einer durch eine Luftbrücke 5 überbrückten Leiterbahn 2. Fig. 1 zeigt das Halbleiterbauelement 1 und die Leiterbahn 2 im Querschnitt. Die Leiterbahn 2 wird zumindest in dem Bereich, in dem die Luftbrücke hergestellt werden soll, mit einer Fotolackschicht 3 abgedeckt. Ggf. werden die Kanten dieser Fotolackschicht 3 in einem anschließenden Temperschritt abgerundet (s. Fig. 2).

Anschließend wird ganzflächig oder zumindest in dem Bereich, in dem die Luftbrücke hergestellt werden soll, eine Schutzschicht 4 aus Metall oder Oxid aufgebracht. Diese Schutzschicht 4 soll den Fotolack der Fotolackschicht 3 bei den nachfolgenden Verfahrensschritten schützen. Falls der Lack der Fotolackschicht 3 nicht durch die nachfolgende Abhebetechnik angegriffen wird, kann die Schutzschicht 4 auch weggelassen werden. Das Bauelement mit aufgebrachter Schutzschicht 4 ist in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt.

Anschließend wird die für die Luftbrücke vorgesehene Metallisierung so aufgebracht (s. Fig. 4). Erfindungsgemäß erfolgt das in Abhebetechnik. Die Metallisierung 50 muß dick genug sein, um der Luftbrücke die erforderliche Stabilität zu geben. Das ist bei Gold ab ca. 0,7 µm der Fall. Die Abhebetechnik muß geeignet sein, derart dicke Metallisierungsschichten sauber zu strukturieren. Eine solche Abhebetechnik ist z. B. die eingangs beschriebene Technik, die eine einen Schichtanteil Gold enthaltende Metallisierungsschicht verwendet. Gold ist besonders vorteilhaft, weil es an den Kanten der strukturierten Fotolackschicht dünn und porös aufwächst. Es lassen sich mit diesem Verfahren sehr schmale Luftbrücken sauber strukturieren. Die für die Luftbrücke verwendete Metallisierung kann in den übrigen Prozeß der Herstellung des Schaltkreises eingearbeitet werden, so daß z. B. eine Kontaktmetallisierung auf p-dotiertem Halbleitermaterial gleichzeitig als Material für die Luftbrücke Verwendung finden kann. Dann kann z. B. eine Schichtfolge aus Titan/ Gold oder Titan/Platin/Gold Verwendung finden. Die Goldschicht dieser Metallisierungsfolgen muß dann nur so dick sein, daß die bei der Herstellung der Luftbrücke verwendete Abhebetechnik durchgeführt werden kann. Nachdem die Luftbrücke 5 hergestellt ist, wird die Fotolackschicht 3 entfernt, nachdem ggf. vorher die Schutzschicht 4weggeätzt wurde. Der Fotolack kann z. B. durch Veraschen im O2-Plasma entfernt werden. Damit wird die in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Struktur erhalten.

Der Fotolack der Fotolackschicht 3 kann z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA) oder handelsüblicher Positivlack wie die AZ-Serie der Firma Hoechst sein. Das Halbleiterbauelement 1 muß an der mit der Luftbrücke 5 versehenen Oberfläche zumindest im Bereich dieser Luftbrücke zwischen der Luftbrücke 5 und der Leiterbahn 2 isolieren. Bei einer Titan/Gold-Schichtfolge für eine Metallisierung, die einen p-Kontakt und eine Luftbrücke bilden soll, kann die Titan- Schicht z. B. 60 nm dick und die Gold-Schicht z. B. 1,2 µm dick sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Luftbrücken zum kurzschlußfreien Kreuzen von Leiterbahnen in integrierten Schaltkreisen,

    bei dem in einem ersten Schritt eine zu überbrückende Leiterbahn (2) mit einer Fotolackschicht (3) abgedeckt wird,

    bei dem in einem zweiten Schritt eine weitere Fotolackschicht aufgebracht wird,

    bei dem in einem dritten Schritt der obere Teil dieser weiteren Fotolackschicht mit Chlorbenzol behandelt wird, bei dem in einem vierten Schritt diese weitere Fotolackschicht durch Belichten, Entwickeln und Aushärten strukturiert wird, wodurch ein für eine Luftbrücke vorgesehener Bereich freigelegt wird und die weitere Fotolackschicht dort Kanten mit einer steilen Flanke und einem Lackwulst aufweist,

    bei dem in einem fünften Schritt eine für diese Luftbrücke vorgesehene Metallisierung (50), die einen mindestens 0,7 µm dicken oberen Schichtanteil Gold enthält, höchstens bis zu einer Dicke von 3 µm aufgebracht wird,

    bei dem in einem sechsten Schritt das Gold dieser Metallisierung (50) oberhalb des Lackwulstes weggeätzt wird, bei dem in einem siebten Schritt die weitere Fotolackschicht mit darauf befindlichen Anteilen der Metallisierung (50) in Abhebetechnik entfernt wird und

    bei dem in einem achten Schritt die Fotolackschicht (3) entfernt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem ersten und zweiten Schritt die Fotolackschicht (3) mit einer Schutzschicht (4) bedeckt wird.






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